Elektrická vodivosť dielektrika je dôležitou fyzikálnou charakteristikou. Informácie o ňom vám umožňujú identifikovať oblasti použitia materiálov.
Podmienky
Podľa vodivosti elektrického prúdu sa látky delia do skupín:
- dielektrika;
- polovodiče;
- conductors.
Kovy sú vynikajúce prúdové vodiče – ich elektrická vodivosť dosahuje 106-108 (Ohm m)-1.
A dielektrické materiály nie sú schopné viesť elektrinu, preto sa používajú ako izolanty. Nemajú voľné nosiče náboja, líšia sa dipólovou štruktúrou molekúl.
Polovodiče sú pevné materiály so strednými hodnotami vodivosti.
Klasifikácia
Všetky dielektrické materiály sú rozdelené na polárne a nepolárne typy. V polárnych izolátoroch sú centrá kladných a záporných nábojov mimo stredu. Molekuly takýchto látok sú svojimi elektrickými parametrami podobné tuhému dipólu, ktorý má svoj vlastný dipólový moment. Voda môže byť použitá ako polárne dielektrikum.amoniak, chlorovodík.
Nepolárne dielektriká sa vyznačujú zhodou stredov kladných a záporných nábojov. Majú podobné elektrické charakteristiky ako elastický dipól. Príkladmi takýchto izolantov sú vodík, kyslík, tetrachlórmetán.
Elektrická vodivosť
Elektrická vodivosť dielektrík sa vysvetľuje prítomnosťou malého počtu voľných elektrónov v ich molekulách. S premiestňovaním nábojov vo vnútri látky po určitú dobu sa pozoruje postupné vytváranie rovnovážnej polohy, čo je dôvodom vzniku prúdu. Elektrická vodivosť dielektrika existuje v momente vypnutia a zapnutia napätia. Technické vzorky izolátorov majú maximálny počet bezplatných nábojov, preto sa v nich objavujú nevýznamné priechodné prúdy.
Elektrická vodivosť dielektrika v prípade konštantnej hodnoty napätia sa vypočítava z priechodného prúdu. Tento proces zahŕňa uvoľnenie a neutralizáciu existujúcich nábojov na elektródach. V prípade striedavého napätia je hodnota aktívnej vodivosti ovplyvnená nielen priechodným prúdom, ale aj aktívnymi zložkami polarizačných prúdov.
Elektrické vlastnosti dielektrika závisia od hustoty prúdu, odporu materiálu.
Pevné dielektrika
Elektrická vodivosť pevných dielektrík sa delí na objemovú a povrchovú. Na porovnanie týchto parametrov pre rôzne materiály sa používajú hodnoty objemovej špecifickosti a špecifickosti povrchu.odpor.
Úplná vodivosť je súčet týchto dvoch hodnôt, jej hodnota závisí od vlhkosti prostredia a okolitej teploty. V prípade nepretržitej prevádzky pod napätím dochádza k poklesu priechodného prúdu prechádzajúceho cez kvapalné a pevné izolátory.
A v prípade zvýšenia prúdu po určitom čase môžeme hovoriť o tom, že vo vnútri látky nastanú nezvratné procesy vedúce k deštrukcii (rozpadu dielektrika).
Vlastnosti plynného skupenstva
Plynné dielektriká majú zanedbateľnú elektrickú vodivosť, ak sila poľa nadobudne minimálne hodnoty. Výskyt prúdu v plynných látkach je možný iba v prípadoch, keď obsahujú voľné elektróny alebo nabité ióny.
Plynové dielektriká sú vysokokvalitné izolanty, preto sa v modernej elektronike používajú vo veľkých objemoch. Ionizáciu v takýchto látkach spôsobujú vonkajšie faktory.
V dôsledku kolízií plynových iónov, ako aj pri tepelnom, ultrafialovom alebo röntgenovom žiarení sa pozoruje aj proces tvorby neutrálnych molekúl (rekombinácia). Vďaka tomuto procesu je obmedzený nárast počtu iónov v plyne, určitá koncentrácia nabitých častíc sa vytvorí v krátkom čase po vystavení externému zdroju ionizácie.
V procese zvyšovania napätia aplikovaného na plyn sa zvyšuje pohyb iónov k elektródam. Nie súmajú čas na rekombináciu, takže sa vybijú na elektródach. Pri následnom zvýšení napätia sa prúd nezvyšuje, nazýva sa saturačný prúd.
Pokiaľ ide o nepolárne dielektrikum, poznamenávame, že vzduch je dokonalým izolantom.
Kvapalné dielektriká
Elektrická vodivosť kvapalných dielektrík sa vysvetľuje zvláštnosťami štruktúry molekúl kvapaliny. Nepolárne rozpúšťadlá obsahujú disociované nečistoty vrátane vlhkosti. V polárnych molekulách sa vodivosť elektrického prúdu vysvetľuje aj procesom rozpadu samotnej kvapaliny na ióny.
V tomto stave agregácie je prúd spôsobený aj pohybom koloidných častíc. Kvôli nemožnosti úplného odstránenia nečistôt z takéhoto dielektrika vznikajú problémy pri získavaní kvapalín s nízkou prúdovou vodivosťou.
Všetky typy izolácie zahŕňajú hľadanie možností na zníženie špecifickej vodivosti dielektrika. Napríklad sa odstránia nečistoty, nastaví sa indikátor teploty. Zvýšenie teploty spôsobuje zníženie viskozity, zvýšenie pohyblivosti iónov a zvýšenie stupňa tepelnej disociácie. Tieto faktory ovplyvňujú vodivosť dielektrických materiálov.
Elektrická vodivosť pevných látok
Vysvetľuje sa to pohybom nielen iónov samotného izolantu, ale aj nabitých častíc nečistôt obsiahnutých vo vnútri pevného materiálu. Pri prechode cez pevný izolant dochádza k čiastočnému odstráneniu nečistôt, ktoré postupneovplyvňuje vedenie. Ak vezmeme do úvahy štrukturálne vlastnosti kryštálovej mriežky, pohyb nabitých častíc je spôsobený kolísaním tepelného pohybu.
Pri nízkych teplotách sa kladné a záporné ióny nečistôt pohybujú. Takéto typy izolácie sú typické pre látky s molekulárnou a atómovou kryštálovou štruktúrou.
V prípade anizotropných kryštálov sa hodnota špecifickej vodivosti mení v závislosti od ich osí. Napríklad v kremeni v smere rovnobežnom s hlavnou osou presahuje kolmú polohu 1000-krát.
V pevných poréznych dielektrikách, kde prakticky nie je vlhkosť, vedie mierny nárast elektrického odporu k zvýšeniu ich elektrického odporu. Látky obsahujúce vo vode rozpustné nečistoty vykazujú výrazný pokles objemového odporu v dôsledku zmien vlhkosti.
Polarizácia dielektrika
Tento jav je spojený so zmenou polohy častíc izolantu v priestore, čo vedie k získaniu určitého elektrického (indukovaného) momentu každým makroskopickým objemom dielektrika.
Dochádza k polarizácii, ku ktorej dochádza pod vplyvom vonkajšieho poľa. Rozlišujú tiež spontánnu verziu polarizácie, ktorá sa objavuje aj v neprítomnosti vonkajšieho poľa.
Relatívna permitivita je charakterizovaná:
- kapacita kondenzátora s týmto dielektrikom;
- jeho veľkosť vo vákuu.
Tento proces sprevádza vzhľadpovrch dielektrika viazaných nábojov, ktoré znižujú množstvo napätia vo vnútri látky.
V prípade úplnej absencie vonkajšieho poľa nemá samostatný prvok dielektrického objemu elektrický moment, pretože súčet všetkých nábojov je nulový a existuje zhoda záporných a kladných nábojov v priestor.
Možnosti polarizácie
Počas elektrónovej polarizácie dochádza pod vplyvom vonkajšieho poľa elektrónových obalov atómu k posunu. V iónovom variante je pozorovaný posun miest mriežky. Dipólová polarizácia je charakterizovaná stratami na prekonanie vnútorného trenia a väzbových síl. Štrukturálna verzia polarizácie je považovaná za najpomalší proces, charakterizuje ju orientácia nehomogénnych makroskopických nečistôt.
Záver
Elektroizolačné materiály sú látky, ktoré umožňujú získať spoľahlivú izoláciu niektorých komponentov elektrického zariadenia pri určitých elektrických potenciáloch. V porovnaní s prúdovými vodičmi majú početné izolátory výrazne vyšší elektrický odpor. Sú schopné vytvárať silné elektrické polia a akumulovať dodatočnú energiu. Práve táto vlastnosť izolátorov sa používa v moderných kondenzátoroch.
Podľa chemického zloženia sa delia na prírodné a syntetické materiály. Druhá skupina je najpočetnejšia, preto sa práve tieto izolátory používajú v rôznych elektrických spotrebičoch.
V závislosti od technologických charakteristík sa izoluje štruktúra, zloženie, film, keramika, vosk, minerálne izolátory.
Keď sa dosiahne prierazné napätie, pozoruje sa prieraz, ktorý vedie k prudkému zvýšeniu veľkosti elektrického prúdu. Medzi charakteristické črty takéhoto javu možno vyzdvihnúť miernu závislosť pevnosti od napätia a teploty, hrúbky.
